Принцип действия трехэлектродной дуговой печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Дуговая печь

2. Трехэлектродная дуговая печь

2.1 Основное значение дуговой печи

2.2 Электродуговая печь для плавления металла

2.3 Процесс плавки металла в электродуговой печи

3. Дуговая печь постоянного тока

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Металлургия в машиностроении Казахстана характеризуется значительным отставанием от требований современных технологий, экологов, экономически расточительно, не соответствует по качеству выпускаемой продукции международным стандартам. Это объясняется многими технико-экономическими причинами, важнейшими из которых является длительное отсутствие серьезных капитальных вложений в данную область, изменением структуры литейного производства и потребности в литье, возросших стоимостей сырьевых и энергетических ресурсов, затрат на охрану окружающей среды. В Казахстане в настоящее время еще эксплуатируются мартеновские печи, коксовые вагранки, дуговые печи переменного тока с источниками питания малой мощности без систем пылегазоочистки и компенсации реактивной мощности, экономические и экологические характеристики которых требуют их срочной замены. Не останавливаясь на анализе явно устаревшего оборудования, в котором плавление ведется методом сжигания органического топлива, проанализируем электрические плавильные печи, основными из которых являются индукционные - канальные и тигельные, а также дуговые печи переменного тока, которыми оснащено большинство литейных производств. Дуговые печи переменного тока (ДСП) не имеют главных недостатков индукционных печей. Они взрывобезопасны и технологически активны. Однако их эксплуатация сопровождается наличием очень серьезных негативных факторов, в том числе, послужившим причиной развития индукционных плавильных печей. К ним относятся: высокий угар металла, обильные пылегазовыбросы, практическое отсутствие перемешивания расплава, большой угар дорогостоящих графитированных электродов, значительные локальные перегревы расплава, его науглераживание от электродов, интенсивный шум, резкопеременный характер нагрузок на системы электроснабжения, высокий расход электроэнергии, наличие вредных составляющих в отходящих газах.

Сумма недостатков ДСП определяет их низкую рентабельность, себестоимость металлургического передела в ДСП резко возрастает после выполнения требований экологов и питающих энергосистем. Установка мощных систем пылегазоочистки, шумозащиты, фильтрокомпенсирующих устройств, статических тиристорных компенсаторов для устранения фликера сопровождается значительным увеличением стоимости основных фондов и последующих затрат на эксплуатацию оборудования, которые никаким образом не компенсируются экономически.

1. Дуговая печь

Дуговая печь нашли широкое применение в металлургии-главным образом для плавки стали и в несколько видоизмененном виде для плавки ферросплавов и чугуна из руд,а также в химической промышленности-для производства карбида кальция,фосфора и других продуктов.Электроэнергия в дуговых печах подается от трансформатора через медные шины и угольные или графитированные электроды,большей частью круглого сечения.Наибольшее распространение получили трехфазные дуговые печи,в которых дуги горят между тремя электродами и перерабатываемым материалом.

Современная электросталеплавильная дуговая печь представляет собой мощный высокомеханизированный и автоматизированный агрегат,в котором сведена к минимуму продолжительность производственных операций между плавками-выпуск предыдущей и загрузка материалов для следующей,что позволяет наиболее эффективно использовать рабочее перное время.

Преобразование электрической энергии в тепловую в дуговых печах происходит в электрической дуге, являющейся одной из форм дугового разряда в газах. При таком разряде в сравнительно небольшом объеме дуги можно сконцентрировать огромные мощности и получить очень высокие температуры. Высокая концентрация тепла в дуге позволяет с большой скоростью плавить и нагревать металл в дуговых печах до высокой температуры. Нагрев металла дугой можно осуществлять непосредственно (если дуга горит между электродом и расплавленным металлом) или излучением, когда дуга горит между двумя электродами. Печи первого типа - это дуговые печи прямого действия, второго типа -- дуговые печи косвенного действия. В печах косвенного нагрева очаг высокой температуры удален от поверхности металла на некоторое расстояние и на поверхность металла первоначально попадает лишь часть тепла, излучаемого дугой. Значительная его часть достигает поверхности металла после отражения от стен и свода, поэтому футеровка печи испытывает большие тепловые нагрузки. Низкая стойкость футеровки ограничивает возможность проведения в таких дуговых печах процессов, требующих нагрева металла свыше 1300--1400° С, и не позволяет применять их для плавления тугоплавких металлов. В черной металлургии такие дуговые печи иногда используют в небольших литейных цехах для расплавления чугуна.

2. Трехэлектродня дуговая печь

Дуговая электрическая печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и др. материалов. Первые промышленные Д. п. построены в 1898--1901 П. Эру во Франции и Э. Стассано в Италии. В России первая Д. п. была установлена в 1910 на Обуховском заводе в Петербурге.

По способу нагрева Дуговая печь подразделяют на печи прямого действия, печи косвенного действия и печи с закрытой дугой. В печах прямого действия электрические дуги горят между электродами и нагреваемым телом. В печах косвенного действия дуга горит между электродами на некотором расстоянии от нагреваемых материалов, которым тепло от дуги передаётся излучением. В печах с закрытой дугой дуги горят под слоем твёрдой шихты, окружающей электроды. Шихта нагревается теплом, выделяющимся в дуге, а также джоулевым теплом, образующимся при прохождении тока через шихту.

Дуговая печь нашли широкое применение в металлургии -- главным образом для плавки стали и в несколько видоизменённом виде для выплавки ферросплавов и чугуна из руд, а также в химической промышленности -- для производства карбида кальция, фосфора и др. продуктов. Электроэнергия в Дуговая печь подаётся от трансформатора через медные шины и угольные или (чаще) графитированные электроды, большей частью круглого сечения. Наибольшее распространение получили трёхфазные Дуговая печь, в которых дуги горят между тремя электродами и перерабатываемым материалом.

Современная электросталеплавильная Дуговая печь представляет собой мощный высокомеханизированный и автоматизированный агрегат, в котором сведена к минимуму продолжительность производственных операций между плавками -- выпуск предыдущей и загрузка материалов для следующей, что позволяет наиболее эффективно использовать рабочее печное время.

Основной элемент конструкции Дуговая печь -- металлический корпус в виде кожуха, как правило, круглого сечения. Изнутри кожух футерован высокоогнеупорными материалами. Огнеупорная кладка съёмного свода печи выполнена в кольце. Для загрузки шихты в печь свод обычно поднимают и отводят в сторону. В стенах Дуговая печь имеются одно или два рабочих окна и одно выпускное отверстие с жёлобом для слива металла и шлака в ковш. В своде расположены отверстия для ввода электродов, снабжённые водоохлаждаемыми металлическими коробками (экономайзерами). Дуговая печь устанавливается на люльке для возможности наклона печи в сторону рабочего окна или выпускного отверстия при помощи механизма наклона с электрическим или гидравлическим приводом. Современные Дуговые печи снабжены индукторами для электромагнитного перемешивания жидкой ванны.

Дуговые печи строят различной ёмкости (до 250 т) с мощностью трансформатора до 85 000 ква.

Рис. Схемы дуговых печей: а -- прямого действия; б -- косвенного действия; в -- с закрытой дугой

Рис. Дуговая сталеплавильная печь ДСП-200 ёмкостью 200 т: 1 -- графитированный электрод диаметром 710 мм; 2 -- электрододержатель; 3 -- свод; 4 -- водоохлаждаемое сводовое кольцо; 5 -- цилиндрический кожух; 6 -- водоохлаждаемая вспомогательная дверка; 7 -- электромеханический механизм поворота печи вокруг вертикальной оси; 8 -- электромеханический механизм наклона печи; 9 -- сливной носок; 10 -- подвижный токоподвод из водоохлаждаемых гибких кабелей; 11 -- шток для вертикального перемещения системы стойка -- рукав -- электродержатель -- электрод; 12 -- токоподвод из охлаждаемых медных труб

2.1 Основное значение дуговой печи

Значительно лучше условия передачи тепла от дуги металлу в дуговых печах прямого действия. В этом случае очаг высоких температур максимально приближен к поверхности металла. Часть тепла из зоны высоких температур поглощается металлом непосредственно и отводится теплопроводностью. Значительно большая часть и лучистой энергии сразу попадает на поверхность металла, а свод печи защищен от воздействия дуг благодаря экранирующему действию электродов. Все это позволяет концентрировать в дуге большие мощности и успешно проводить процессы, требующие нагрева до высоких температур. Вертикально расположенные электроды в дуговых печах прямого действия работают в основном на растяжение. Это позволяет использовать длинные графитовые электроды большого сечения, допускающие работу на токе большой силы. Таким образом, эти печи могут быть мощными, большой емкости и производительности. В зоне действия дуг происходит интенсивное испарение металла, и поэтому дуговые печи прямого действия не получили широкого применения для плавления дорогих металлов, характеризуемых низкой температурой испарения. Но сравнительно высокие температуры испарения и относительно невысокая стоимость черных металлов делают этот недостаток печей прямого действия в случае производства стали не столь существенным, если учесть их достоинства -- большую производительность и возможность проведения высокотемпературных процессов. В связи с этим такие дуговые печи широко распространены в сталеплавильной и ферросплавной промышленности. Наиболее распространены дуговые трехфазные сталеплавильные печи с дугой, горящей в воздушной атмосфере. По общему объему производства металла они занимают первое место среди электросталеплавильных агрегатов. В последние годы получили распространение дуговые печи специального назначения, например дуговые вакуумные печи (ВДП), которые также являются печами прямого действия. Рисунок 2. Дуговая вакуумная печь а - с расходуемым электродом; 1 - вакуумная камера; 2 - расходуемый электрод; 3 - кристаллизатор; 4 - наплавляемый слиток; б - с нерасходуемым электродом; 1 - питатель для подачи шихты; 2 - вакуумная камера; 3 - тугоплавкая насадка электрода; 4 - кристаллизатор; 5 - наплавляемый слиток. Имеются два принципиально отличных типа дуговых вакуумных печей: с расходуемым и нерасходуемым электродом. В печах с расходуемым электродом дуга горит между переплавляемым электродом и поверхностью ванны жидкого металла, а в печах с нерасходуемым электродом -- между графитовым или металлическим (из тугоплавкого металла) электродом и расплавляемым металлом. В обоих случаях плавление ведется в вакуумной камере. В дуговых вакуумных печах отсутствует огнеупорная футеровка, а все элементы печи, подверженные воздействию высоких температур, охлаждаются водой. В связи с этим в них можно проводить процессы, требующие большой концентрации тепла и высоких температур. Используются они для плавления тугоплавких (молибден, вольфрам, ниобий, тантал) и тугоплавких активных (цирконий, титан) металлов, а также для переплава стали с целью улучшения ее свойств в результате обработки вакуумом и изменения условий кристаллизации. К дуговым печам прямого действия могут быть отнесены также плазменные дуговые печи с анодом на металле. Источником тепла в этих печах является сильно сжатый в поперечном направлении дуговой разряд. Плотность тока в сжатой дуге во много раз выше, чем в обычной, следовательно, выше и ее температура. В среде инертных газов температура сжатой дуги может достигать 30000° С. Такая концентрация тепла в плазменных печах позволяет проводить процессы с очень большой скоростью, в результате чего плазменный нагрев обеспечивает большую производительность. Сжатие дуги можно осуществить магнитным полем или газовым потоком. Используя для сжатия дуги инертные или активные газы, в плавильном пространстве можно получать нейтральную или высокоактивную атмосферу. Для плавления металлов используют плазменные дуговые печи двух типов -- с керамическим тиглем или водоохлаждаемым кристаллизатором. Плазменные печи с керамическим тиглем похожи на обычные дуговые сталеплавильные печи, но отличаются от них более высокой производительностью и позволяют получать металл более высокого качества. Печи с водоохлаждаемым кристаллизатором используют для рафинировочного переплава, в результате которого свойства металла улучшаются благодаря дополнительной обработке активным газом и принудительной направленной кристаллизации в водоохлаждаемом кристаллизаторе.

2.2 Электродуговая печь для плавления металла

Электродуговая печь,является наиболее современным приспособлением для выплавки металла.Принцип работы электродуговой печи,полностью отличается от принципа работы более учтоявшейся-Мартеновской печи.как видно из названия в этой печи для выплавки металла используется сила электрического тока проходящего по дуге.Преимуществами такой печи по сравнению с мартеновой является быстрое достижение необходимой для плавки металла температуры,точное регулирование температуры плавки,блогодаря этому можно получать более качественный металл,так как появилась возможность во время создавать металл с более предпочтительным кристаллическим строением продукта,на выходе получается металл с минимум не металлических включений.Также в большинстве развитых стран использование в металлургии электричества более дешево и доступно чем природные ресурсы.Много стран у которых в избытке электроэнергия,но газ дифицит.Шихтовым материалом для электродуговой печи является в большинстве случаев лом,в случае выплавки металла в такой печи, качество к шихте значительно выше чем к шихте которая загружается в мартеновскую печь.

Электродуговые печи делятся между собой на печи постоянного тока,и печи переменного тока,является то что расход графитовых электродов меньше,чем у печи с переменным током.Минусом такой печи является большие затраты на получение постоянного тока,изнепостоянного. Внешне отличить две электродуговые печи можно по количеству графитовых электродов.у печи постоянного тока он один, а у переменного тока их три.Также электроды для печей постоянного тока стоят значительно больше.Болшее распространение получили электродуговые печи переменного тока,Эта печь работает при подаче трехвазного тока.При работе печи,электрическая дуга появляется между поверхностью шихты и каждым из электродов.Кожух печи имеет цилиндрическую форму,внутреннаяя сторона печи защищена футеровкой.инцип действия электродуговой печи достаточно прост:верхняя часть печи сьемный,при загрузке шихты он отодвигается,и в ванну печи с помощью специального устройства с открывающимся дном загружается шихта,после чего опускается свод, и в отверствия в своде подаются электроды.При подаче тока образуется замыкание между электродами и металлом это приводит к плавке металла.В процессе плавки можно изменять температуру тока и добавлять лигирующие ли раскисляющие элементы.Рассплавленную сталь и шлак выпускают через желоб который находиться в передней стенке плавильног пространства,это осуществляется путем наклона ванны.Если нужно отлить шлак,ванна наклоняется незначительно-так чтобы была удалена только верхушка(шлак),если же выливается расплавленные металл то ванна значительно наклоняется над ковшом,угол наклона должен быть значительным для удаления металла с дна ванны.

2.3 Процесс плавки металла в электродуговой печи

1-подготовка печи,заключается в устранении дефектов,полученных в предыдущих плавках,а также завалки шихты.

2-Плавка металла,заключается в полной расплавке шихты,процесс можно ускорить с помощью газовых горелок,в монтированных в стены плавильного пространства.Обычно стадия плавления в данном типе печи не превышает 180 минут,в наиболее крупных печах.

3-Окисление,слив шлака,после чего добавка флюсов и других элементов для удаления вредных примесей и получения эффекта кипения,пузырки которые проходят от дна ванны к поверхности металла помогут слделать металл более монотонным с точки зрения кристаллической решетки.После производиться нагрев и придание необходимой температуры для выпуска стали.

4-Восстановительная стадия-добавка раскислителей которые позволяют вывести кислород,который способствует коррозии металла

В раскаленном состоянии, а также способствует его хрупкости.Для этого используется следующие добавки:углерод,кремний,марганец.Так же эти присадки способствует удалению из металла серы.Поддину зачастую выполняют из магнезитового кирпича и превышение температуры 1500-1800 градусов будет нежелательным.Наивысшую температуру футеровка набирает в процессе «Восстановления»температура футеровки состовляет 1800 градусов,а наиболее низкая температура футеровки при окислительном периоде.Стойкость футеровки стен и свода не превышает 250 плавок,футеровка поддины способна выдержать до5000 плавок, но придерживаться этих цифр при плавке не желательно-так как это максимальные значения,и все зависит от правильности эксплуатации печи,аккуратности загрузки футеровки,избежание черезвычайно резких перепадов температур в печи.При плавке в плавильной ванне образуется большое количество газов,которое по отводным каналам выводятся в атмосферу.

3. Дуговая печь постоянного тока

Дуговая печь постоянного тока для получения стали, содержащая плавильную емкость с электродами для создания дуг, отверстия для выпуска расплава и шлака, а также средства для непосредственного контроля отходящих газов, причем, по меньшей мере, два введенных сверху в плавильную емкость электрода и, по меньшей мере, один подовый электрод расположены так, что образуются две дуги, проходящие наискось к центру пода плавильной печи, а плавильная емкость продолжена вверх в виде центральной шахты для загрузки расплавляемого материала в емкость, служащую для образования столба расплавляемого материала, причем в продолжении шахты предусмотрено отсасывающее устройство для отвода из шахты отходящих газов, образующихся в процессе плавления загружаемой в печь металлошихты, отличающаяся тем, что рядом с шахтой в верхней части плавильной емкости в своде печи выполнены отверстия для размещения отсасывающих устройств для удаления из плавильной емкости пыли и отходящих газов, образующихся в процессе загрузки металлошихты, отсасывающее устройство для отвода из шахты отходящих газов сопряжено с отсасывающим устройством для удаления из плавильной емкости пыли и отходящих газов в одно общее устройство, при этом в месте их сопряжения расположены переключающие элементы для приведения в действие соответственно только одного устройства для удаления отходящих газов и/или для установления комбинации потоков отходящих газов в зависимости от процесса загрузки и плавления.

Электросталеплавильная печь представляет собой обычно плоскоцилиндрическую или овальную емкость для расплавления скрапа или непосредственно восстановленного железа (губчатое железо). Электродуговые печи загружают обычно при откинутой крышке и шихту расплавляют дугами электродов, введенных в печь через крышку. Опорожнение печи происходит в зависимости от ее типа через выпускной желоб или эксцентрично расположенное подовое выпускное отверстие. Известны электродуговые печи на переменном и постоянном токах.

Известные дуговые печи постоянного тока содержат графитовый и подовый электроды. Образующаяся дуга направлена вертикально вниз на стальную ванну. В последнее время стали известны также дуговые печи постоянного тока с двумя графитовыми электродами. Известные дуговые печи постоянного тока имеют следующие недостатки.

В процессе плавления происходит отклонение дуги, что означает высокую нагрузку на огнеупорный материал. На фазе плоской ванны поэтому требуется высокий пенистый шлак для закрывания дуги и для защиты стенок сосуда.

В процессе загрузки невозможно контролировать образующиеся отходящие газы или пыль. Невозможен также контроль за окислением железа расплавляемого скрапа в горячих газах.

Кроме того, происходят разрушения электродов за счет обрушения скрапа. промышленность металлургия сталь чугун

Кроме того, температуры отходящих газов являются слишком низкими, так что их приходится повторно нагревать во избежание образования диоксина. Для этого требуются дополнительные горелки в системе удаления отходящих газов.

У дуговых печей постоянного тока с двумя электродами возникает сильная тепловая нагрузка между обоими электродами в зоне крышки печи.

Заключение

В данном курсовом проекте представлена тема «Принцип действия трехэлектродной дуговой печи».

Дуговая печь нашла широкое применение в металлургии - главным образом для плавки стали и в несколько видоизмененном виде для плавки ферросплавов и чугуна из руд, а также в химической промышленности - для производства карбида кальция, фосфора и других продуктов. Электроэнергия в дуговых печах подается от трансформатора через медные шины и угольные или графитированные электроды, большей частью круглого сечения. Наибольшее распространение получили трехфазные дуговые печи, в которых дуги горят между тремя электродами и перерабатываемым материалом.

Дуговая электрическая печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и др. материалов. Первые промышленные Д. п. построены в 1898--1901 П. Эру во Франции и Э. Стассано в Италии. В России первая Д. п. была установлена в 1910 на Обуховском заводе в Петербурге.

У дуговых печей постоянного тока с двумя электродами возникает сильная тепловая нагрузка между обоими электродами в зоне крышки печи.

Список использованной литературы

1. Ю.М. Литвин Теоретические основы теплотехники. - М.: Металлургия

2. Д.А. Диамидовский Металлургические печи. - М.: Металлургия, 1961

3. Телегин. Расчеты горения топлива. - М.: Металлургия

4. В.А. Кривандин Металлургические печи, М.: Металлургия, 1967

5. Б.Б. Кистяковский, Н.В. Гудима Производство цветных металлов, М.:

6. Металлургия, 1978

7. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А.Теплотехника,1986

Размещено на Allbest.ru